任繼愈一生追尋真理，直至臨終前，他仍關注著兩件事：一是《中華大藏經續編》的編纂進程，另外就是呼籲要建立我國的“科學無神論”學科。
2008年，當溫家寶總理得知任繼愈雖年過九旬，但仍關心中央文史館工作後，明確表示要聘請任老為文史館館員。溫總理說，文化的發展和繁榮，關鍵在人才，在一批領軍人物。文史館有敬老崇文的傳統，像任繼愈老先生這樣的在國內外有重要影響的文化界代表人物，年齡大一點不要緊，吸收他們做館員，有利於充分發揮他們在推進國家文化建設中的獨特作用。
得知自己被聘為文史館館員後，任繼愈十分高興。他對家人表示，一定要為弘揚中華文化盡自己最大的力量。
溫總理對任老的身體狀況十分關心，他到國家圖書館視察時，還告訴負責同誌，說前不久收到了任老寄贈的《老子繹讀》。總理還詳細詢問任老的身體狀況，並請他們代為轉達問候。
其實，任繼愈已經罹患癌症多年，但他一直對別人表現得“若無其事”，大家便都覺得無事了。
2008年5月，任繼愈又一次病倒了，但僅在醫院治療了一段時間後，便出了院，仍然每周兩次到辦公室上班。當學生李申見到他時，是在《中華大典》的一次審稿會上。任繼愈由護工陪同，帶來了厚厚兩大包稿件。任繼愈說，他的意見都在稿件裏了。這是他一直堅守的原則：從不做掛名的主編，要做就要一絲不苟地完成主編的任務，不管是什麼情況。大家看著重病中仍需要陪護的任老，心裏的酸楚難以名狀。當大家紛紛勸任繼愈多休養一段時間，任老說：“生命就像銀行裏的存款——如果說你們還有100塊錢，而我隻剩下最後的5毛了。我要用好它。”
2009年3月，任繼愈再次住院了。在醫院裏，《中華大典》的工作找他，《中華大藏經續編》的工作找他，中國無神論學會的工作找他。他的日常工作則由助手代為值班，隨時向他彙報處理。有人去看他，任老也是滔滔不絕地談論工作，講《中華大典》，講《中華大藏經續編》，講曆史，講哲學。雖然精力不錯，但已能明顯感覺到，疾病的發展已經嚴重影響了他的邏輯思維。
5月中旬，當得知任繼愈生病住院，溫總理專門委托國務院參事室主任陳進玉和中央文史研究館館長袁行霈專程前往北京醫院探望。5月17日下午，陳進玉、袁行霈在北京醫院向任老轉達了溫總理對他的親切問候和衷心祝願。任老連聲說，不敢當、不敢當。並請陳進玉等轉達他對溫總理的謝意。
6月，任繼愈病情進一步加重，隻能說些單詞，後來就陷入了昏迷狀態。他渾身插滿了管子，手在不停發抖。醫生說，任繼愈渾身都是癌細胞，骨頭裏也是，疼得不得了，他也一直在掙紮著。在昏迷中，任繼愈出現了幻覺，似乎聽到外麵在開會。他問兒子任重，大家都在講些什麼，任重隻好編些話來應付，而他還認真地評論著，誰說得對，誰說得不對。
也許，隻有疾病能迫使任繼愈離開工作，古之君子所謂“鞠躬盡瘁，死而後已”，“一息尚存，此誌不懈”者，就是任老這樣的人。然而，他太累了。
春秋時代政治家晏嬰說過，死亡也是件好事，它讓壞人消滅，讓好人休息。現在，任老休息了，任老該休息了。
2009年7月11日，任繼愈在北京醫院安然離世。當天上午，國家圖書館官方網頁悄然蒙上了“黑紗”，網站所有文字和圖片都是黑白兩色。下午5點左右，溫總理親自打電話給國務院參事室負責人，指出參事室、文史館還有一批年事已高、德高望重的老先生，一定要把他們照顧好。
7月12日，星期日。
國家圖書館的工作人員們，正在緊張而默默地布置著任繼愈先生的靈堂。這一天，許多人從不同的地方趕來，都來看看這位可敬的老人。